一種天然氣井工藝試驗系統的製作方法

2023-10-08 17:25:54

本實用新型屬於氣井工藝試驗技術領域，具體涉及一種天然氣井工藝試驗系統。

背景技術：

目前氣井增產改造後返排率低，生產過程中井底積液，節流器、氣舉閥失效嚴重，已成為困擾氣田生產的主要因素，井下作業過程中的誘噴排液、排水採氣、井下節流、氣井修井等作業工藝一直因為缺乏必要的的試驗平臺而無法實現參數優化與效果驗證，技術多年躊躇不前，氣井帶壓作業、連續油管作業等新工藝新技術直接上井試驗存在較大風險。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種天然氣井工藝試驗系統，可以進行氣井全生命周期工藝模擬及工程試驗，包括氣井壓後排液、低壓氣井誘噴排液、排水採氣、井下節流、修井工藝等施工工藝驗證性試驗與作業參數優化，以及帶壓作業、連續油管作業工藝模擬與試驗。

為此，本實用新型提供了一種天然氣井工藝試驗系統，包括空氣壓縮機、水罐、儲氣井、柱塞泵、氣液混合精確控制注入系統、輸入管匯、工藝試驗井、節流管匯、自動分離計量系統、消聲過濾循環利用系統、汙水收集、井下多點參數直讀測試解釋系統和可視化監控操作集成系統，所述空氣壓縮機連接儲氣井，水罐連接柱塞泵，儲氣井和柱塞泵連接氣液混合精確控制注入系統，氣液混合精確控制注入系統、輸入管匯、工藝試驗井、節流管匯、自動分離計量系統、消聲過濾循環利用系統和汙水收集依次串聯連接，消聲過濾循環利用系統連接水罐，儲氣井、柱塞泵、氣液混合精確控制注入系統和井下多點參數直讀測試解釋系統分別與可視化監控操作集成系統連接。

所述的氣液混合精確控制注入系統工作壓力70MPa，注入流量為液量0～720m3/d，氣量1000～100000N m3/d，混合比例為液量0～100％，氣量0～100％，計量精度為液量0.5％，氣量1％。

所述的工藝試驗井為雙層套管大斜度工藝試驗井，工作壓力為70Mpa，井筒為大斜度井，井深1700m，直井段1200m和斜井段500m，垂直井深1500m，斜度80°，斜井段平緩，採用73/4〞技術套管、51/2〞施工套管和27/8〞作業油管。

所述的消聲過濾循環利用系統包括放空消聲系統和過濾系統，放空消聲系統與自動分離計量系統的氣體出口連接，過濾系統的進口與自動分離計量系統的液體出口連接，過濾系統包括清水出口和汙水出口，清水出口與水罐連接，汙水出口與汙水收集連接。

所述的井下多點參數直讀測試解釋系統包括井下測量短節、高速信號傳輸電纜和地面供電及數據採集控制存儲系統，所述的井下測量短節、高速信號傳輸電纜和地面供電及數據採集控制存儲系統依次串聯連接，地面供電及數據採集控制存儲系統和可視化監控操作集成系統連接。

所述的天然氣井工藝試驗系統還包括攝像頭、視頻編碼器和網絡變換機，攝像頭、視頻編碼器、網絡變換機和可視化監控操作集成系統依次串聯連接。

所述的井下多點參數直讀測試解釋系統最高工作壓力100MPa，最高工作溫度150℃，壓力測量範圍0～100MPa，溫度測量範圍0～150℃；地面供電及數據採集控制存儲系統單次連續工作30天以上。

所述的儲氣井和柱塞泵的工作壓力為70Mpa。

本實用新型的有益效果：本實用新型提供的這種天然氣井工藝試驗系統，包括空氣壓縮機、水罐、儲氣井、柱塞泵、氣液混合精確控制注入系統、輸入管匯、工藝試驗井、節流管匯、自動分離計量系統、消聲過濾循環利用系統、汙水收集、井下多點參數直讀測試解釋系統和可視化監控操作集成系統，所述空氣壓縮機連接儲氣井，水罐連接柱塞泵，儲氣井和柱塞泵連接氣液混合精確控制注入系統，氣液混合精確控制注入系統、輸入管匯、工藝試驗井、節流管匯、自動分離計量系統、消聲過濾循環利用系統和汙水收集依次串聯連接，消聲過濾循環利用系統連接水罐，儲氣井、柱塞泵、氣液混合精確控制注入系統和井下多點參數直讀測試解釋系統分別與可視化監控操作集成系統連接，因此，該天然氣井工藝試驗系統可以進行氣井全生命周期工藝模擬及工程試驗，包括氣井壓後排液、低壓氣井誘噴排液、排水採氣、井下節流、修井工藝等施工工藝驗證性試驗與作業參數優化，以及帶壓作業、連續油管作業工藝模擬與試驗。

附圖說明

以下將結合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。

圖1為天然氣井工藝試驗系統的原理框圖。

圖2為可視化監控操作集成系統原理框圖。

附圖標記說明：101空氣壓縮機；102水罐；103儲氣井；104柱塞泵；105氣液混合精確控制注入系統；106輸入管匯；107工藝試驗井；108節流管匯；109自動分離計量系統；110消聲過濾循環利用系統；111汙水收集；11011放空消聲系統；1102過濾系統；11021清水出口；11022汙水出口；2井下多點參數直讀測試解釋系統；3可視化監控操作集成系統；201井下溫度壓力多點測試短節；202高速信號傳輸電纜；203地面數據採集控制存儲系統；20攝像頭；204防爆攝像頭；205高清攝像頭；206視頻編碼器；207網絡變換機。

具體實施方式

實施例1：

如圖1和圖2所示，一種天然氣井工藝試驗系統，包括空氣壓縮機101、水罐102、儲氣井103、柱塞泵104、氣液混合精確控制注入系統105、輸入管匯106、工藝試驗井107、節流管匯108、自動分離計量系統109、消聲過濾循環利用系統110、汙水收集111、井下多點參數直讀測試解釋系統2和可視化監控操作集成系統3，所述空氣壓縮機101連接儲氣井103，水罐102連接柱塞泵104，儲氣井103和柱塞泵104連接氣液混合精確控制注入系統105，氣液混合精確控制注入系統105、輸入管匯106、工藝試驗井107、節流管匯108、自動分離計量系統109、消聲過濾循環利用系統110和汙水收集111依次串聯連接，消聲過濾循環利用系統110連接水罐102，儲氣井103、柱塞泵104、氣液混合精確控制注入系統105和井下多點參數直讀測試解釋系統2分別與可視化監控操作集成系統3連接。所述的氣液混合精確控制注入系統105、自動分離計量系統109、消聲過濾循環利用系統110、井下多點參數直讀測試解釋系統2和可視化監控操作集成系統3均為現有技術。

模擬試驗時，空氣由空氣壓縮機101壓縮後注入儲氣井103；水罐102的水流入柱塞泵104；儲氣井103的氣體和柱塞泵104的液體注入氣液混合精確控制注入系統105；均勻混合後，混合氣液經輸入管匯106注入工藝試驗井107；107工藝試驗井的返出氣液經節流管匯108進入自動分離計量系統109；經自動分離計量系統109分離後氣液進入消聲過濾循環利用系統110；過濾後汙水由汙水收集111，過濾後清水流入水罐102。本實用新型的系統可以氣井壓後排液、低壓氣井誘噴排液、排水採氣、井下節流、修井工藝等施工工藝驗證性試驗與作業參數優化，以及帶壓作業、連續油管作業工藝模擬與試驗，提升工藝技術水平。

實施例2：

如圖1所示，在實施例1的基礎上，所述的氣液混合精確控制注入系統105工作壓力70MPa，注入流量為液量0～720m3/d，氣量1000～100000N m3/d，混合比例為液量0～100％，氣量0～100％，計量精度為液量0.5％，氣量1％。有利於開展理論研究及接近工況條件下的工具性能評價及工藝模擬實驗，能夠縮工藝、工具、裝備短研發進程。所述氣液混合精確控制注入系統105用於試驗井試驗時，將氣、液兩相按照不同比例進行精確調配混合，注入工藝試驗井中；所述氣液混合精確控制注入系統105由輸氣管匯、輸液管匯、氣液混合裝置、各控制閥與傳感器等組成，為現有技術。

實施例3：

如圖1所示，在實施例1－2的基礎上，所述的工藝試驗井107為雙層套管大斜度工藝試驗井，工作壓力為70Mpa，井筒為大斜度井，井深1700m，直井段1200m和斜井段500m，垂直井深1500m，斜度80°，斜井段平緩，採用73/4〞技術套管、51/2〞施工套管和27/8〞作業油管。用73/4〞技術套管固井，試壓合格後再下入51/2〞施工套管和27/8〞作業油管,井口採用KQ78/65-7011閥井口，模擬施工作業時由輸入管匯控制從73/4〞大環空注氣，節流管匯控制51/2〞套管小環空和作業油管內返出氣液混合物；或者由輸入管匯從51/2〞套管小環空和作業油管內注氣，節流管匯控制從73/4〞大環空返出氣液混合物；或者其他。

所述的儲氣井103和柱塞泵104的工作壓力為70Mpa。所述儲氣井103的工作壓力為70Mpa，井筒為直井，井深1060m，9〞5/8套管固井，27/8〞油管作為儲氣井完井管柱，井口安裝開關閥及超壓保護裝置，井口採用KQ78/65-709閥井口，儲存10-70MPa的氣源。

所述空氣壓縮機101作為供氣氣源，排氣壓力0-35MPa，可人工設定；公稱容積流量不低於5m3/min；主電機為三相異步電動機，380V，110KW；空氣壓縮機101安裝自動控制系統，在儲氣井注入壓縮氣體達到預定(0-35MPa)壓力後自動停泵。

所述柱塞泵104作為供液源，設計最高壓力70MPa；最大排量30m3/h；

主電機為三相異步電動機，380V，95KW；三缸柱塞泵；數位化控制變頻系統。

所述空氣壓縮機101、柱塞泵104、氣液混合精確控制注入系統105均為整體撬裝結構，撬裝外形尺寸(長×寬×高)mm：大不於5000×2200×2300，操作簡單方便，佔地面積小。

所述空氣壓縮機101、柱塞泵104、氣液混合精確控制注入系統105均具備遠程、近程手動/自動控制系統，可對裝置的各個參數進行控制、顯示和操作，近程為操作櫃控制，遠程為計算機控制，系統響應控制命令時間小於1S,兩套系統可同時工作。

所述自動分離計量系統109具備液位自動探測、氣液分相流量數字計量和遠傳；系統壓力及溫度遠傳監控、高低壓報警；雙級洩壓等功能；所述自動分離計量系統109內部液位高度可通過磁翻板液位計來感應，通過液位變送器將液位信號轉換成4～20mA電信號，傳送至控制終端後通過控制程序調節電動調節閥的開度，實現液體自動排放；

儲氣井103，工藝試驗井107與所有裝置的管路採用27/8〞外加厚油管連接，地下水泥溝道鋪設。

本實用新型的系統工藝試驗井為大斜度井，井深1700m，工藝試驗井107、儲氣井103及系統配套設計工作壓力為70Mpa，有利於開展理論研究及接近工況條件下的工具性能評價及工藝模擬實驗，能夠縮工藝、工具、裝備短研發進程。

實施例4

如圖1所示，在實施例1-3的基礎上，所述的消聲過濾循環利用系統110包括放空消聲系統11011和過濾系統1102，放空消聲系統11011與自動分離計量系統109的氣體出口連接，過濾系統1102的進口與自動分離計量系統109的液體出口連接，過濾系統1102包括清水出口11021和汙水出口11022，清水出口11021與水罐102連接，汙水出口11022與汙水收集111連接。所述消聲過濾循環利用系統110用於試驗井試驗時，分別處理經兩相分離器分離後的返出氣液，液體過濾處理後循環利用，氣體進行放空消聲處理；所述消聲過濾循環利用系統110為現有技術，由水泵、排汙泵、立式吸吮式全自動自清洗過濾器、消聲器、管路、閘閥門、電氣系統、壓力表、撬裝底座等部分組成。所述消聲過濾循環利用系統110過濾器過濾精度為10um，過濾流量不小於60m3/h，自動清洗；水泵流量為25m3/h；消聲器排量80m3/min，消聲器周邊1米處噪聲小於60db；撬裝結構。結構簡單，測量精確，噪聲汙染小，循環再生，綠色環保。

所述的放空消聲系統11011和過濾系統1102均為現有技術。

實施例5

如圖2所示，在實施例1-4的基礎上，所述的井下多點參數直讀測試解釋系統2包括井下測量短節201、高速信號傳輸電纜202和地面供電及數據採集控制存儲系統203，所述的井下測量短節201、高速信號傳輸電纜202和地面供電及數據採集控制存儲系統203依次串聯連接，地面供電及數據採集控制存儲系統203和可視化監控操作集成系統3連接。所述的井下多點參數直讀測試解釋系統2最高工作壓力100MPa，最高工作溫度150℃，壓力測量範圍0～100MPa，溫度測量範圍0～150℃；地面供電及數據採集控制存儲系統203單次連續工作30天以上。所述井下多點參數直讀測試解釋系統2由10個井下測量短節201、高速信號傳輸電纜202、地面供電及數據採集控制存儲系統203、實時數據採集、繪圖及解釋系統組成；井下多點參數直讀測試解釋系統2用於工藝試驗井107試驗時，通過在工藝試驗井107內不同的深度安裝多個全通徑井下測量短節201，實時監測油管內，油管和套管間流體壓力和溫度值，可實現過程檢測、評價和解釋。所述的地面供電及數據採集控制存儲系統203為現有技術。

實施例6

如圖2所示，在實施例1-5的基礎上，所述的天然氣井工藝試驗系統還包括攝像頭20、視頻編碼器206和網絡變換機207，攝像頭20、視頻編碼器206、網絡變換機207和可視化監控操作集成系統3依次串聯連接。所述的攝像頭20為防爆攝像頭204和高清攝像頭205，防爆攝像頭204和高清攝像頭205均為現有技術，可視化監控操作集成系統3可以測試、控制、顯示空氣壓縮機101、井下溫度壓力多點測試短節201、高速信號傳輸電纜202、地面數據採集控制存儲系統203、爆攝像頭204、高清攝像頭205、視頻編碼器206、網絡變換機的工作狀態和運行參數207；可視化監控操作集成系統3與各執行裝備間控制信號的傳輸通道採用4〞以上鋼管，地下暗道鋪設；所述可視化監控操作集成系統3集裝備控制、參數調節、信息監控、效果分析、觀摩培訓為一體，能對井口、裝備、管匯、閥門等的情況、運行參數進行監測、控制、調節和數據實時採集、存儲、分析，可以實時監控軟體可以二維動畫形式直觀顯示分離器的組成構件、各部分的實時工作狀態、各部分的實時運行參數。模擬試驗時，井下溫度壓力多點測試短節201的測試信號經高速信號傳輸電纜202和地面數據採集控制存儲系統203傳輸到可視化監控操作集成系統3；防爆攝像頭204和高清攝像頭205將視頻信號經視頻編碼器206和網絡變換機207輸到可視化監控操作集成系統3。高速信號傳輸電纜202為現有技術。

本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型的系統工藝試驗井107為大斜度井，井深1700m，工藝試驗井、儲氣井及系統配套設計工作壓力為70Mpa，有利於開展理論研究及接近工況條件下的工具性能評價及工藝模擬實驗，能夠縮工藝、工具、裝備短研發進程。

2.本實用新型的系統可以氣井壓後排液、低壓氣井誘噴排液、排水採氣、井下節流、修井工藝等施工工藝驗證性試驗與作業參數優化，以及帶壓作業、連續油管作業工藝模擬與試驗，提升工藝技術水平。

3.本實用新型的系統中可視化監控操作集成系統3集裝備控制、參數調節、信息監控、效果分析、觀摩培訓為一體，能對井口、裝備、管匯、閥門等的情況、運行參數進行監測、控制、調節和數據實時採集、存儲、分析。

4.本實用新型的系統所有設備均為撬架結構，方便運輸和安裝。

5.本實用新型的系統中高壓設備均具備遠程、近程手動/自動控制系統，安全性高。

本實用新型的工作原理為：

模擬試驗時，空氣由空氣壓縮機101壓縮後注入儲氣井103；水罐102的水流入柱塞泵104；儲氣井103的氣體和柱塞泵104的液體注入氣液混合精確控制注入系統105；均勻混合後，混合氣液經輸入管匯106注入工藝試驗井107；107工藝試驗井的返出氣液經節流管匯108進入自動分離計量系統109；經自動分離計量系統109分離後氣液進入消聲過濾循環利用系統110；過濾後汙水由汙水收集111，過濾後清水流入水罐102。井下溫度壓力多點測試短節201的測試信號經高速信號傳輸電纜202和地面數據採集控制存儲系統203傳輸到可視化監控操作集成系統3；防爆攝像頭204和高清攝像頭205將視頻信號經視頻編碼器206和網絡變換機207輸到可視化監控操作集成系統3。

以上例舉僅僅是對本實用新型的舉例說明，並不構成對本實用新型的保護範圍的限制，凡是與本實用新型相同或相似的設計均屬於本實用新型的保護範圍之內。本實施例沒有詳細敘述的部件和結構及系統屬本行業的公知部件和常用結構或常用手段，這裡不一一敘述。